- 유전자 재조합 기술의 원리와 활용
유전자 재조합 기술
유전자 재조합 기술의 개념과 이용
(1) 개념: 1973년 코헨과 보이어에 의해 개발된 기술로, 특정 유전자를 삽입하는 과정을 거쳐 새로운 재조합된 유전자를 만드는 기술이다.
(2) 이용: 재조합된 유전자를 이용하면 원래 없었던 형질을 가진 생물을 만들 수 있다.
- 유전자 재조합 기술: DNA의 특정 염기 서열을 인식하여 자르는 제한효소와 잘린 DNA의 말달끼리 이어주는 DNA 연결 효소를 이용하여 재조합 DNA를 만들고, 이 재조합 DNA를 세포에 넣어 유용한 유전자를 증식하거나 유전자의 산물을 얻는 기술이다.
유전자 재조합 기술에 필요한 요소
(1) 제한 효소
– 유전 물질인 DNA를 자를 수 있는 효소
– DNA의 특정 염기 서열을 인식하여 그 부위만 자를 수 있다.
– 제한 효소마다 인식하는 염기 서열이 다르다.
– 제한 효소로 잘랐을 때 생긴 단일 가닥 부위를 점착성 말단이라고 한다.
- 같은 제한 효소로 자른 DNA 조각의 점착성 말단은 서로 상보적 결합이 가능하다.
(2) DNA 연결 효소
– 제한 효소로 절단된 DNA의 당-인산 골격을 연결해 주는 효소
– 같은 제한 효소로 절단된 DNA 절편을 넣고 DNA 연결 효소를 처리하면 재조합 DNA가 만들어진다.
(3) DNA 운반체
– 재조합 DNA를 대량으로 증폭시키기 위해 생물체로 운반하는 운반체
– 플라스미드, 코스미드, 인공 염색체 등이 존재한다.
플라스미드: 세균에 존재하는 작은 크기의 원형 DNA로, 제한 효소 인식 부위를 가지고 있으며, 스스로 복제가 가능하다.
(4) 숙주 세포
– 재조합된 DNA를 복제하기 위해서는 살아 있는 생명체인 숙주 세포가 필요하다.
– 숙주 세포를 이용하여 DNA를 증폭시킨다.
– 숙주 세포로 대장균을 주로 사용한다.
– 진핵생물의 DNA를 증폭시킬 때에는 효모 등을 숙주 세포로 사용하기도 한다.
– 재조합된 DNA의 유전 정보를 이용하여 대량의 단백질을 만들기도 한다.
- 유전자 재조합 기술의 이용: 인슐린 생산
(1) 유용한 유전자 또는 단백질을 대량 생산할 때 유전자 재조합 기술을 사용한다.
(2) 유전자 재조합 기술을 이용하여 인슐린 합성이 가능하다.
- 유전자 재조합 기술의 활용
유전자 도서관
(1) 생명체의 유전자 일부를 잘라서 플라스미드에 삽입한 후 대장균에 넣어서 생명체의 유전자를 보관하는 방법이다.
(2) 유전자를 보관하다가 필요할 때 대장균을 복제하면 원하는 유전자 원하는 유전자 복제가 가능하다.
유전자 재조합 기술의 활용 사례
(1) 사람의 유전자 기능 연구에 사용된다.
(2) 생장 호르몬, 혈전 용해제 등의 의약품 생산이 가능하다.
(3) 생장량과 병충해 저항성을 높인 농작물 생산이 가능하다.
유전자 재조합 기술이 사회에 미치는 영향
(1) 질병 치료 및 평균 수명의 연장
(2) 인류의 식량 문제 해결
유전자 재조합 기술을 이용한 재조합 DNA 제작 과정
| 조직 및 세포에서 DNA 추출 |
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| 같은 제한 효소로 표적 DNA와 DNA 운반체를 자름 |
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| 형질 전환 과정: 재조합된 운반체 DNA를 숙주 세포에 삽입 |
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숙주 세포에서 표적 DNA를 포함한 재조합된 운반체 DNA 증폭 |
재조합된 DNA에 있는 특정 유전자가 발현되어 단백질 생산 |
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중합 효소 연쇄 반응(PCR) 캐리 멀리스(Mullis, K. B., 1944~ )가 1985년에 개발한 중합 효소 연쇄 반응(polymerase chain reaction, PCR)은 특정 표적 DNA를 증폭하는 방법으로, DNA를 조작하여 실험하는 거의 모든 연구에 활용되고 있다. 중합 효소 연쇄 반응을 활용하면 소량의 DNA로부터 염기 서열이 같은 DNA를 대량으로 증폭할 수 있다. 이 방법은 사람의 DNA를 증폭하여 여러 종류의 유전병을 진단하는 데 쓰인다. 또, 사람의 신원을 확인하거나 범죄 현장에 남은 DNA를 증폭하여 범죄를 수사하는 데도 사용하고 있다. 세균이나 바이러스의 DNA에 적용하면 감염성 질병의 원인을 빨리 진단할 수 있다. 메르스의 원인인 코로나바이러스도 PCR을 이용해 빠르게 진단하여 확산 방지 및 환자 치료에 활용할 수 있었다. 중합 효소 연쇄 반응은 3단계로 이루어진다. 온도를 높여 두 가닥의 DNA를 분리하는 과정을 거친 후, 온도를 낮추어 증폭을 원하는 서열 말단에 프라이머가 결합하게 하고, 다시 온도를 약간 올려서 DNA를 합성하는 중합 반응을 일으킨다. 열변성 과정은 온도를 높여 DNA의 상보적 염기 사이의 수소 결합을 끊어 2개의 단일 가닥 DNA로 분리하는 과정이며, 결합 반응은 약 55~65 ℃에서 프라이머가 DNA의 상보적 염기 서열에 결합하는 과정이다. 마지막으로 중합 반응은 프라이머가 결합한 주형 DNA 가닥에 DNA 중합 효소가 작용하여 상보적인 DNA 가닥을 합성하는 과정이다. 그 후 다시 열변성 과정, 결합 반응, 중합 반응을 반복하여 DNA를 증폭하게 된다. 중합 효소 연쇄 반응을 1회 실시하면 DNA는 2배로 증폭되며, 회 반복하면 이론상으로 DNA는 배로 증폭된다. |
유전자 재조합 기술에 대한 우려
형질 전환 생물이 다른 생물이나 생태계에 어떤 영향을 줄 것인지 알 수 없다.
참고자료: 지학사 생명과학2 교과서, EBS 수능특강 생명과학2
